Inspeção dos coletores

Procedeu-se a um desmantelamento destes coletores a uma inspeção rigorosa das várias componentes e a uma avaliação que irá procurar uma justificação para o decréscimo de rendimento. Estes testes são de elevada importância porque nos permitem observar as falhas técnicas e o desgaste físico tal como a corrosão, daí ser necessária uma documentação pormenorizada e fotográfica, de todos os elementos que possam interessar para uma análise mais detalhada das condições em que o coletor se encontrava, como p<or exemplo, as junções dos caixilhos, os respiradores, alguns pormenores do isolamento. Estes testes têm a vantagem de ao estudar o comportamento de um coletor, possibilitar saber o desempenho futuro expectável de coletores equivalentes. Para se proceder a uma inspeção completa, teve que se recolher amostras do absorsor no sentido de se medir a sua emissividade e a sua absortividade térmica. Todos os coletores apresentados são do tipo harpa simples em que as tubagens são de cobre e o absorsor de alumínio.

Tabela 6.1: Características construtivas dos vários coletores inspecionados

Tanto o coletor A como o B apresentam o seguinte esquema de tubagens:

Figura 6.1: Esquema representativo das tubagens do coletor A e B

O absorsor possui ao todo dois tubos adutores e onze tubos coletores em que, tal como demonstrado na figura 6.1 existem dois tipos de distâncias entre tubos: W1 e

W2 em que as distâncias mais reduzidas encontram-se nas laterais, entre os dois

primeiros tubos coletores de cada lado do absorsor. Existindo assim duas medidas de W2 e nove medidas de W1. Existem também dois tipos diferentes de diâmetros,

Dc eDa, para os tubos coletores e para os adutores, respetivamente, que no âmbito

deste trabalho apenas o diâmetro dos tubos coletores terá relevância.

Os dois primeiros coletores possuíam um isolamento de poliuretano expandido e os dois últimos estavam isolados com lã de rocha. Os valores utilizados para os dois diferentes tipos de isolamento encontram-se na tabela seguinte:

A

B

C

1

/C

2

D

1

/D

2

Nº de tubos adutores 2

Nº de tubos coletores 11 8 10

Nº de coberturas 1

Tipo de absorsor Harpa simples

Material do absorsor Alumínio

Material dos tubos Cobre

Material da caixa Alumínio

Material do isolamento Poliuretano expandido Lã de rocha

…

.

…

.

W

2

W

1

D

c

D

a

Poliuretano

Lã de rocha

Condutividade

térmica (Wm-1_K-1₎

min. máx. min. máx.

0,025 0,035 0,035 0,04 Tabela 6.2: Gama de condutividades térmicas analisadas

Fonte: (Protolab)

Várias medições são feitas durante o processo de inspeção, como a distância entre a cobertura e o absorsor, o diâmetro interno e externo dos tubos adutores e a espessura do isolamento lateral, no entanto no âmbito deste trabalho apenas alguns valores serão necessários para o cálculo da expressão analítica. A próxima tabela apresenta as principais medidas dos elementos estruturais efetuadas na inspeção dos coletores, todos os valores exceto a área total são apresentados em milímetros:

1º Coletor (A)

As imagens seguintes demonstram o estado em que o coletor se encontrava quando foi inspecionado, sendo óbvia a degradação de materiais como as juntas da estrutura, dos tubos transportadores do fluido circulante e dos respiradores posteriores.

Tabela 6.3: Parâmetros medidos das características construtivas dos coletores.

A

B

C

1

/C

2

D

1

/D

2

Área total (m2₎ 1,60 1,61 2,14 2,22

Espessura do absorsor (mm) 0,33 0,40 0,30 0,52 Distância entre tubos (mm) 85,90 86,81 117,27 108,96 Diâmetro dos tubos coletores (mm) 12,30 12,00 8,06 8,05 Espessura isolamento posterior (mm) 27,66 30,00 29,70 49,52

(a) (b)

(c) (d)

Figura 6.2: (a) – cobertura transparente; (b) – junção do caixilho; (c) – tubos adutores, coletores e parte traseira do absorsor; (d) – respirador posterior.

Podemos observar por (a) que o coletor apresentava indícios de corrimento de água na cobertura, visível pela presença de gotículas de água em contacto com a cobertura, entre a placa absorsora e o isolamento, que deveria estar selado.

Para proceder ao cálculo de rendimento, considerando a radiação incidente, G de 800 Wm-2_{, recorreu-se aos valores medidos para os dois anos em estudo da tabela}

seguinte, que apresenta também os valores medidos respetivos a cada ano do coeficiente de absortividade e emissividade.

η

0

a

1 Wm-2K-1

a

2 Wm-2K-2

α

ε

2013 0,67 5,89 0,02 0,95 0,9

2014 0,63 6,3 0,02 0,95 0,77

Os valores elevados de emissividade resultam da não seletividade do absorsor deste coletor. O cálculo de rendimento para os dois anos encontra-se no gráfico seguinte:

Gráfico 6.1: Resultados do rendimento para 2013 e 2014.

Pode-se observar pelo gráfico 6.1 que de 2013 para 2014 houve uma perda significativa de rendimento, aproximadamente 7,1%.

2º Coletor (B)

Contrariamente ao coletor A, em que o absorsor não era seletivo, neste caso o absorsor é revestido com tinta seletiva. O coletor apresentava níveis de corrosão significativa e indícios de humidade, que pode ser observado na figura seguinte:

(a) (b) 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0 0,05 0,1 R en d im en to x 2013 2014

(c)

Figura 6.3 : (a)- absorsor; (b) – tubo adutor parte exterior; (c) – isolamento do coletor. O isolamento apresentava bastante desgaste principalmente por queimaduras, isto devido ao facto de estar em estagnação e a temperatura do isolamento ter superado a temperatura prevista para a qual o coletor deveria estar em funcionamento. Caso não estivesse bem compactado com o absorsor, ou apresentasse espaço para trocas de gás com a cobertura ir-se-ia estar certamente perante um caso de desgasificação e uma consequente redução do rendimento uma vez que a cobertura iria, devido ao aumento de sujidade, reduzir a irradiância incidente no absorsor. O rendimento através dos valores medidos é apresentado na seguinte tabela:

η

0

a

1 Wm-2K-1

a

2 Wm-2K-2

α

ε

2013 0,61 5,05 0,01 0,86 0,62

2014 0,58 5,98 0,02 0,84 0,39

Tabela 6.5: Valores medidos de η0, a1, a2, α e ε para o coletor B em 2013 e 2014

Estão também presentes na tabela os valores de absortividade e emissividade medidos para os dois anos. O gráfico seguinte representa as curvas de rendimentos para 2013 e 2014 para B:

Gráfico 6.2: Rendimento para coletor B em 2013 e 2014 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 R e n d im e n to x 2013 2014

Pode-se observar pelo gráfico 6.2 que de 2013 para 2014 houve uma perda significativa de rendimento, aproximadamente 6,7%.

Tanto no caso de A como B, os valores de emissividade decrescem de 2013 para 2014, este efeito dá-se devido à corrosão da tinta seletiva, no caso de B e da tinta não seletiva no caso de A e a uma consequente maior exposição do cobre. Uma vez que este apresenta menores valores de emissividade, o valor global irá ser afetado:

Figura 6.4:Esquema demonstrativo corrosão do absorsor

3º Coletor (C

1

e C

2

)

Neste caso estamos perante dois coletores idênticos em que um foi sujeito a um ano de desgaste e o outro não. Ambos foram medidos e compararam-se os valores de rendimento de ambos os casos, C1 para o coletor em estado inicial e C2 para o

coletor em estado final, para se poder avaliar a perda de rendimento devido ao envelhecimento. A figura seguinte apresenta algumas fotografias tiradas durante o processo de desmantelamento:

Tinta preta

Cobre

Corrosão

Figura 6.5: (a)- coletor antes do desmantelamento; (b) – isolamento posterior; (c) – junção do tubo coletor com o absorsor.

Contrariamente aos coletores A e B, este apresenta menos indícios de corrosão e degradação como se pode observar pela figura 6.5, apenas alguns indícios de uma possível desgasificação pode ser observada pela sujidade na parte interna da cobertura.

No caso deste coletor os ensaios de rendimento realizados após exposição foram ensaios quasi-dinâmicos. Uma vez que o modelo desenvolvido por (Forbes, 2012) e (Roberts, 2013) utiliza o cálculo de rendimento através do método estacionário, tem que se fazer uma conversão dos valores de rendimento ensaiado utilizando as equações de (4.17) a (4.20). A comparação entre estes valores obtidos pelo método

quasi-dinâmico e o método estacionário terá de ser feito de acordo com a norma EN 12975 através das curvas de potência dos coletores como função da diferença de temperatura média do fluido e a temperatura ambiente.

Os valores de η0, a1 e a2, estão apresentados na tabela seguinte, juntamente com os valores de absortividade e emissividade medidos:

η

0

a

1 Wm-2K-1

a

2 Wm-2K-2

α

Ε

C1 0,69 4,34 0,007 0,95 0,092

C2 0,69 4,56 0,005 0,946 0,113

Tabela 6.6: Valores medidos de η0, a1, a2, α e ε para o 3º coletor (C1 e C2).

O resultado das duas curvas de rendimento encontra-se no gráfico seguinte:

Gráfico 6.3: Rendimento para 3ºcoletor nos casos C1 e C2.

Pela análise do gráfico 6.3 conclui-se que o coletor encontra-se com um rendimento praticamente equivalente ao do estado inicial, apresentando uma ligeira descida de 0,4%.

4º coletor (D

1

e D

2

)

Tal como o 3º coletor, o 4º coletor inspecionado é constituído por dois coletores idênticos com a diferença de que um esteve em operação (D1) e o outro não (D2).

Algumas fotografias do processo de inspeção estão apresentadas de seguida:

(a) (b)

(c)

Figura 6.6: (a)- cobertura transparente; (b) ligação tubo adutor com coletor; (c)- parafuso do absorsor. 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 R en d im en to x C1 C2

Este coletor correspondia ao único coletor que tinha o absorsor aparafusado ao coletor para este não deformar e desta forma manter mais estável a distância entre a cobertura e o absorsor. Tal como o caso do coletor anterior as medidas de η0, a1 e

a2 têm de ser ajustadas, do método quasi-dinâmico para o método estacionário. Os valores já ajustados estão presentes na seguinte tabela:

η

0

a

1 Wm-2K-1

a

2 Wm-2K-2

α

Ε

D1 0,72 3,43 0,02 0,948 0,089

D2 0,72 4,65 0,01 0,947 0,141

Tabela 6.7: Valores medidos de η0, a1, a2, α e ε para o 4º coletor (D1 e D2).

Procedeu-se ao cálculo do rendimento para os dois casos em que se poderá observar uma perda de rendimento na ordem dos 3%, que se encontra no gráfico seguinte:

Gráfico 6.4: Rendimento do 4º coletor para D1 e D2.

7. Comparação entre o modelo de balanço térmico

No documento Impacto da degradação de materiais no comportamento térmico de coletores solares (páginas 58-67)